Die Festigkeiten von Schiefer

Im Gegensatz zu den meisten Gesteinen ist Schiefer ein ausgeprägt anisotropes Gestein, d.h. die mechanischen Eigenschaften/Festigkeiten sind stark abhängig von der Orientierung zur Schieferung. Da Schiefer vor allem als Dachschiefer verwendet wird, ist die Biegefestigkeit die wichtigste Festigkeit und hierzu gibt es auch die meisten Daten.

Verwendet man Schiefer für Böden, sollte die Härte oder Abrasion bestimmt werden. Speziell im Bergbau sind die Scherfestigkeit, der Deformations Modulus und die Kohäsion von Bedeutung, um die Stabilität einer Grube zu berechnen.

Die Biegefestigkeit, ist der wichtigste Festigkeitsparameter für Dachschiefer und ist die einzige Festigkeit deren Bestimmung von der EN 12326 und ASTM C 120 gefordert wird.
The Biegefestigkeit ist allgemein wichtig für auskragende Bauelemente oder Elemente wie ein Architrav. Auf dem Dach und der Fassade kann der Schiefer Wind bzw. Sturm ausgesetzt sein und so die Festigkeit eines Schiefers beanspruchen. Dachdecker nageln den Schiefer in der Form, dass sie ein kleines Spiel haben. Dies kann sich in leichtes Klappern an der Fassade während eines Sturmes äußern.
Nach Erfahrungen beträgt die mittlere Biegefestigkeit für gute Dachschiefer zwischen 50-80 MPa. Schiefer zeigt unter allen Gesteinen die höchsten Biegefestigkeiten.

Der Elastizitätsmodul (E-Modul) und Poissonzahl (Querdehnzahl) sind die zwei elastischen Konstanten, welche das elastische Verhalten eines Gesteins bzw. Materials beschreiben. Beim E-Modul unterscheidet man zwischen dem dynamischen und statischen E-Modul.
Der Deformations Modul umfasst die elastische und plastische Deformation. Wird Schiefer z.B. im Kammer-Pfeiler System abgebaut, werden die Kammern mit fortschreitendem Abbau größer. Dies ist verbunden mit einer zunehmendes Last auf die Pfeiler, was zu einer plastischen Deformation führt.
Die Poissonzahl ν ist die zweite elastische Konstante: Die Kompression einer Gesteinsprobe parallel zur aufgetragenen Last ist verbunden mit einer Dehnung senkrecht zu dieser Last. Dieses Verhalten wird als Querdehung bezeichnet und kann in Prozent ausgedrückt werden.
Für isotropische linear-elastische Materialien hat der E-Modul E die folgende Beziehung zum Schubmodul G and Kompressionsmodul K:

E = 2 G x (1 + ν)

E = 3 K x (1 - 2ν)

Der Schubmodul beschreibt das Verhältnis zwischen Schubspannung und Schubverformung, während der Kompressionsmodul Ausdruck der Kompressivität eines Materials ist.

Die Druckfestigkeit ist wichtig für Architekturteile die Lasten tragen (z.B. Säulen). Aber auch für Pfeiler im Bergbau ist die Druckfestigkeit von enormer Bedeutung. Die Druckfestigkeit beschreibt den kompletten Verlust der Kohäsion eines Gesteins entlang einer Versagensfläche.

Werte für die Zugfestigkeit sind kaum veröffentlicht. Die Bestimmung der Zugfestigkeit wird meistens mit dem "Brazilian Test" durchgeführt. Es handelt sich um eine indirekte Bestimmung und eigentlich verwendet man zur Berechnung eine ungeeignete Formel, da sie auf dem hookeschen Gesetz beruht und dies für isotrope Materialen gilt. Trotzdem wird der Brazilian Test verwendet, da die Werte "ausreichend korrekt" für die Anwendung sind.